安科瑞 陳聰

摘要：為響應全球氣候變化挑戰，推動實現“雙碳”目標，文章基于光伏儲能技術設計了新能源光伏儲能配置技術方案，通過新能源光伏儲能配置模型設計，架構了光伏發電模塊、儲能模塊、能量管理系統（EMS）核心模塊來優化能源和減少碳排放，并以典型工業園區的光伏儲能系統配置為例進行了實驗測試。實驗結果表明，該技術方案可提升能源系統的輸出穩定性、經濟性，明顯降低電能消耗與減少碳排放，為實現碳達峰和碳中和目標提供了切實可行的技術路徑，對推動全球能源結構優化具有重要意義。

關鍵詞：“雙碳”目標；新能源；光伏儲能配置技術

0.引言

隨著全球氣候變化加劇與能源危機的深化，實現能源生產與消費可持續發展已成為當務之急。中國作為全球*大的能源消費國，已明確提出2030年碳達峰、2060年碳中和的“雙碳”目標，對能源結構優化與新能源技術發展提出了更高要求。光伏儲能技術作為一種結合了太陽能光伏發電、電能存儲的新能源技術，能緩解傳統能源的環境壓力，提高能源利用率。光伏發電的不連續性、不穩定性限制著其大規模應用，因此優化光伏儲能配置技術不僅可提高光伏發電穩定性、可靠性，還有助于提升光伏系統在能源市場中的競爭力。文章旨在探索*效的光伏儲能配置模型，通過技術創新實現光伏儲能系統優化，為達成“雙碳”目標貢獻力量。

1.光伏儲能概述

1.1光伏發電概述

光伏發電是一種將太陽能直接轉換為電能的技術，核心組件為光伏電池。光伏電池主要由半導體材料（通常是硅）構成，工作原理基于光電效應。當太陽光照射到光伏電池上時，光子能量被半導體材料吸收，使材料內部電子獲得足夠能量從價帶激發至導帶，形成自由電子和空穴。自由電子在電場的作用下向電池一側移動，形成電流。通過外部電路連接，電流可驅動電器設備或存儲于電池中以備不時之需。光伏發電系統優點包括清潔環保、運行成本低、維護簡便，可部署在家庭屋頂、大型地面電站等多種規模和環境中。光伏技術的發展與應用推廣，對推動全球能源結構轉型、實現碳減排目標具有重要意義。

光伏組件是光伏發電系統的核心部分之一，主要類型根據所用材料、結構設計的不同分為單晶硅、多晶硅、薄膜光伏組件三種。單晶硅光伏組件因具有較高的轉換效率與長期穩定性，可應用于商業、住宅光伏項目中，生產涉及將高純度硅錠切割成薄片的過程；多晶硅光伏組件以成本效益高的特點受到市場歡迎，由硅材料被熔化并倒入模具中冷卻形成，雖然效率稍低于單晶硅，但其制造過程的簡便性使成本更加可控；薄膜光伏組件采用了全新的技術路線，如銅銦鎵硒（CIGS）或鎘碲（CdTe）材料，能在更薄的基底上形成光電層，光照弱環境下的表現更好。

1.2儲能技術概述

儲能技術是實現能源系統優化的關鍵技術，允許能源在生成時被儲存，以供未來使用，從而解決能源供需的時空不匹配問題。儲能技術按原理可分為機械儲能、化學儲能、電磁儲能、熱能儲存四大類。機械儲能包括抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等，主要是將電能轉換為機械能進行存儲；化學儲能包括鋰離子電池、鉛酸電池、流電池等，通過電化學反應實現能量的存儲、釋放，是當前應用廣泛的儲能技術；電磁儲能主要指*級電容器、超導磁儲能，通過電磁場存儲能量；熱能儲存包括太陽能熱發電與工業余熱回收系統，主要是吸收熱能（如太陽熱能）存于介質內部，并在需要時釋放熱量。光伏儲能系統的集成技術關鍵是結合光伏發電系統與電能儲存設施，提升整體能效與可靠性。該技術主要涉及光伏組件能量捕獲，以及電能的轉換、儲存及智能管理，通過*效的光伏組件將太陽能轉換為直流電，隨后逆變器將直流電轉換為交流電，以供建筑物使用或送至電網。在此基礎上，電池儲能系統負責儲存過剩的電能，供非發電時段使用，解決光伏發電的間歇性問題。系統智能管理通過**的控制系統與軟件實現，該系統能監測環境條件、負載需求、儲能狀態，實時優化能量分配與使用效率。

2.基于“雙碳”目標的新能源光伏儲能配置技術方案設計

2.1基于“雙碳”目標的新能源光伏儲能配置模型設計

基于“雙碳”目標的新能源光伏儲能配置模型設計旨在實現能源系統的碳排放減少與效率提升。該模型結合光伏發電*效能源轉換與電池儲能的調節能力，以優化能源生產與消費的整體性能。設計過程中，先通過對光伏發電量與用電需求的預測，確定所需儲能容量與配置。再利用算法優化光伏組件與儲能系統動態匹配，以確保在不同環境條件和負載需求下能源的穩定供應。模型還集成了智能管理系統，該系統能實時監控環境數據、系統狀態、電網需求，通過控制策略調節光伏發電與儲能釋放，可提升系統響應速度與運行效率。該配置模型不僅能使碳排放大幅減少，也能增強能源系統的可靠性、經濟性。

2.2關鍵技術選型

在基于“雙碳”目標的光伏儲能配置技術方案中，應先選擇*效能的單晶硅光伏組件，以提高太陽能的轉換效率。針對儲能系統，采用鋰離子電池，該類型電池具有高能量密度與較長的使用壽命，能提供更為穩定、可靠的能量存儲解決方案。逆變器選擇側重于具有高轉換效率、良好電網互操作性的型號，以支持無縫能量轉換與電網集成。引入**的EMS來優化光伏發電、電池儲能之間的交互，該系統能實現對能源產出、消耗的控制，優化設備運行狀態，減少能源浪費。為保證系統安全穩定運行，還需集成現代化的監控系統與自動化保護裝置，以實時監控系統性能，在異常情況下迅速響應。

2.3核心功能模塊設計

核心功能模塊設計是保證系統效率和可靠性的關鍵，主要包括光伏發電模塊、儲能模塊、EMS等核心模塊。

2.3.1光伏發電模塊

光伏發電模塊設計注重*效能的能量轉換與持久的運行性能。先選用高性能單晶硅材料作為主要光伏電池成分，其具有高光電轉換效率、較低的光衰特性，適合長期穩定發電。電池組件采用半透明防反射玻璃、防水封裝技術，以增強耐環境性能與光捕獲能力。電池板后部加裝優化設計的反射板，可進一步提升光線利用率。整個模塊電氣連接設計采用低阻抗高導電路徑，提高電能傳輸效率。模塊集成智能監測系統，能實時監控每塊電池板的性能，包括溫度、輸出電壓、電流，通過數據分析進行預防性維護、故障快速定位，從而降低維護成本，延長系統整體壽命。這種設計不僅可提升系統的電能生產效率，還能優化操作與維護的便捷性，使光伏發電模塊在多種應用場景中均能發揮穩定效能。

2.3.2儲能模塊

儲能模塊設計確保能量的*效存儲與快速釋放，滿足光伏系統因發電間歇性造成的能量供需不均問題。該模塊選用**鋰離子電池，具有高能量密度、長壽命、優良的充放電性能等特點，非常適合與光伏系統集成使用。電池單元采用模塊化設計，便于根據系統容量需求進行靈活配置及未來擴展。電池管理系統（BMS）是儲能模塊的關鍵部分，主要負責監控電池的充電狀態、電壓、溫度等關鍵參數，通過控制充放電過程，不僅能延長電池壽命，還能確保系統的安全運行。BMS通過算法優化，實現對電池健康狀況的實時診斷與預測性維護，降低維護成本，提升系統可靠性[5]。儲能模塊包括*效的熱管理系統，確保電池在理想溫度范圍內運行，提升能量存儲效率與系統的整體性能。儲能模塊設計需充分考慮與光伏系統的協同效應，以有效平衡生產與消費的能量差異，支持能源系統穩定運行。

2.3.3能量管理系統

EMS的設計關鍵是實現光伏發電與儲能之間的*效能量調配與優化管理。EMS采用算法、人工智能技術來監測、控制、優化光伏系統的能量生產與消耗。系統核心是一個集成的軟件平臺，實時收集來自光伏模塊、儲能單元的數據，包括電壓、電流、溫度、光照強度等參數[6]。通過EMS，能計算出實時的能量產出與需求預測，自動調節儲能設備的充放電策略，盡可能地利用可再生能源，并減少對傳統電網依賴。EMS包含需求響應管理，可根據電網的負載需求、峰谷電價自動優化光伏系統運行模式，如在電價高峰時段增加儲能釋放，以降低電費成本，提高經濟回報。EMS還具備故障診斷、預警功能，能及時發現系統潛在問題并進行預警，確保系統運行的可靠性、安全性。通過智能化、自動化的能量管理，EMS不僅可提升光伏儲能系統的整體效能，也能為用戶帶來更智能、更便捷的能源管理體驗。

3.測試與應用

3.1實驗設計

為驗證基于“雙碳”目標的光伏儲能配置技術方案的效能與實用性，實驗設計選擇某個典型的工業園區部署實驗模型，設計對比實驗，以展示該方案優勢。工業園區因其較高且穩定的能耗特征，是理想的測試環境，能直觀展現光伏儲能系統在減少工業能耗及碳排放方面的效果。實驗組安裝包括*效單晶硅光伏面板、鋰離子電池儲能單元、**的EMS在內的設計光伏儲能系統，對照組使用園區現有的常規電力系統，不采用任何儲能技術。數據收集將對兩組的電能消耗、峰值需求、電費支出、碳排放進行持續監測，特別關注光伏系統產電量、儲能單元充放電效率、系統總體能效。測試周期為1年，以獲取四季的綜合性能數據與系統表現，評估指標包括能源利用率、經濟性分析、碳排放量等，比較兩組的能源消耗與產出、電費、運維成本、碳足跡，旨在展示光伏儲能系統在工業應用中的優勢。

3.2實驗結果

實驗結果如表1所示，基于“雙碳”目標的光伏儲能配置技術方案顯示出較強的性能優勢。實驗組年平均電能消耗比對照組降低了20%，峰值電力需求減少了25%。在電費方面，實驗組通過使用峰谷電價策略、儲能系統的優化調度，實現年電費節省30%。碳排放量方面，實驗組年碳排放減少了35%。光伏系統全年共產生了1200MW·h電能，85%直接供應園區使用，剩余15%存儲于電池中，用于高需求、低光照時段的供電。儲能單元充放電效率維持在90%以上，確保能量*效利用。EMS通過數據監控、智能算法，平衡能源供需，優化能源使用效率。結果表明，光伏儲能系統不僅可提高能源使用效率和經濟性，還有助于減少碳排放，支持“雙碳”目標的實現。

表1實驗結果

4.安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

4.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。

4.2應用場景

適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。

4.3系統結構

4.4系統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對系統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電系統進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監控。

（6）優化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

5.硬件及其配套產品

6.結論

文章研究針對“雙碳”目標優化設計了光伏儲能配置技術方案，包括模型設計、關鍵技術選型、核心功能模塊。在實驗測試階段，對比實驗數據顯示，該技術方案提高了能源利用效率，降低了碳排放，驗證了方案的實際應用價值與環境效益。研究成果不僅為實現碳達峰、碳中和目標提供了強有力的技術支持，也為全球應對氣候變化、推動能源結構轉型提供了新思路與解決方案。

參考文獻

[1]劉志方.基于“雙碳”目標的新能源光伏儲能配置技術方案研究

[2]燕春風.光伏發電并網對配電網的影響及解決方案[J].光源與照明,2023(11):129-131.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版